DE2720006B2

DE2720006B2 - Einrichtung zur Überwachung der Lage einer Niveaugrenzfläche

Info

Publication number: DE2720006B2
Application number: DE2720006A
Authority: DE
Inventors: Frank Montreal Kitzinger; Frank Ville St. Laurent Rosenblum
Original assignee: Noranda Inc
Current assignee: Noranda Inc
Priority date: 1976-05-06
Filing date: 1977-05-04
Publication date: 1979-07-05
Also published as: DE2720006C3; GB1540341A; FI771439A; US4059016A; FI62594B; CA1053778A; DE2720006A1; JPS52135767A; FI62594C

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überwachung der Lage einer Niveaugrenzfläche einer leitenden Flüssigkeit der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Solche Einrichtungen werden insbesondere eingesetzt, um den Schaumpegel in einer Flotationszelle zu überwachen, wie sie für die Trennung von Mineralerzen eingesetzt wird. In diesen Zellen werden die Flüssigkeiten, welche die abzutrennenden Feststoffe enthalten, mit Luft beschickt und in Atiwesenheit eines Schäummittels gerührt. Dadurch entsteht auf der Flüssigkeit eine Schaumschicht, in der das gesuchte Erz konzentriert ist. Die Schaumschicht wird in üblicher Weise von dem Rand der Zellen in einen getrennten Behälter abgestrichen, so daß der Schaum in diesem Behälter zusammensinken und die Feststoffe abgeschieden werden können.

Um den Wirkungsgrad dieses Aufbercitungsverfahrens auf dem Optimum zu halten, sollte s*ch der

in Schaumpegel auf einer konstanten Höhe befinden. Zu diesem Zweck muß der mittlere Schaumpegel festgestellt werden, um durch Zusatz des Schäummittels die Niveaugrenzfläche auf dem gewünschten Wert zu halten.

ι ί Es sind bereits verschiedene mechanische und elektrische Einrichtungen entwickelt worden, um den Schaumpegel in solchen Flotationszellen zu messen und zu steuern. Als Beispiel werden die Luftblasenröhren sowie die kapazitiven Nährungssonden ge-

_'(i nannt, wie sie in der US-PS 3471010 beschrieben sind. Da jedoch der Schaum aufgrund seiner physikalischen porösen Struktur nur einen sehr geringen physikalischen Widerstand bietet und die turbulente Oberfläche des Schaums kurzzeitige Änderungen des

_>-i Niveaus verursacht, die vernachlässigt werden müssen, um die tatsächliche Wirkung des Zusatzes von Schäummitteln me&sn zu können, konnten sich diese Einrichtungen in der Praxis nicht durchsetzen.
Weiterhin ist aus der DE-PS 1222511 eine Vor-

iii richtung zur Niveauregelung in Farbkästen und dergleichen von Druckmaschinen bekannt, bei der temperaturabhängige Widerstände verwendet werden. Bei der Berührung der Farbe mit einem Abtastkopf ändert sich der Widerstandwert infolge der dabei auf-

i-> tretenden Temperaturänderung. Diese Widerstandsänderung wird in üblicher Weise in einen Steuerimpuls umgewandelt, der einen entsprechenden Schaltvorgang auslöst. Die elektrische Verarbeitung des erhaltenen Signals wird in dieser Druckschrift nicht näher

m\ erläutert. Außerdem ist diese Vorrichtung nicht für die Ermittlung des Pegelstandes einer Schaumschicht geeignet, die sich auf einer Flüssigkeitsoberfläche befindet und ständig starken Schwankungen unterworfen ist.

i, Schließlich ist aus der DE-AS 1 197241 eine Einrichtung zur Überwachung der Lage einer Niveaugrenzfläche einer leitenden Flüssigkeit der angegebenen Gattung bekannt, bei der jeweils zwei Elektroden mit vertikalem Aostand übereinander angeordnet

vi werden müssen; dadurch gibt es immer ein Elektrodenpaar, zwischen dem sich die Niveaugrenzfläche der Flüssigkeit befindet. Aufgrund eines Vergleiches der Widerstände zwischen den benachbarten Elektrodenpaaren und diesem Elektrodenpaar wird mit Hilfe von

-,-, Relais eine Schaltungsanordnung verstimmt, und die Feldwicklung eines Motors so lange erregt, bis eine Stellung erreicht wird, die anzeigt, daß sich das gesuchte Niveau zwischen den beiden Elektroden befindet.

_h0 Eine solche Einrichtung läßt sich nicht bei einer Flüssigkeit einsetzen, auf deren Oberfläche sich eine Schaumschicht befindet, da der Schaum einen sehr großen Luftanteil enthält und deshalb einen schwankenden physikalischen Widerstand hat. Der bei der

,-, bekannten Einrichtung erforderliche Widerstandsvergleich läßi sich beim Vorhandensein einer Formschicht nicht mit der notwendigen Exaktheit durchführen. Außerdem ist die auf der Flüssigkeit stehende

Schaumschicht ständig in Bewegung, so daß eine entsprechende Änderung der Niveaugrenzfläche auftritt. Diese Schwankungen des Schaumpegels müssen jedoch bei der Messung unterdrückt werden, damit in der Praxis die Auswirkung des Zusatzes von Schäummitteln exakt festgestellt werden kann.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Überwachung der Lage einer Niveaugrenzfläche einer leitenden Flüssigkeit der angegebenen Gattung zu schaffen, mit der sich der Pegel einer Schaumschicht auf einer Flüssigkeitsoberfläche mit hoher Genauigkeit ermitteln läßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen zusammengestellt.

Die mi£ der Erfindung erzielten Vorteile beruhen auf folgender Funktionsweise: Die durch alle Elektroden erzeugten Ströme werden aufsummiert, wodurch sich eine Anzeige für die Gesamtzahl der Elektroden, die im Kontakt mit dem Schaum stehen, ucd damit für die Tiefe des Schaums ergibt. Nur auf diese Weise ist es möglich, den Pegelstand einer Schaumschicht auf einer Flüssigkeit zu ermitteln, was, wie erwähnt, mit der bekannten Einrichtung nicht durchgeführt werden kann. Bei einer Flüssigkeit, der ständig Schäummittel zugesetzt werden müssen, treten kontinuierliche und unregelmäßige Änderungen des Pegels der Schaumschicht auf, so daß die Elektroden ständig in und außer Berührung mit der Schaumschicht kommen. Um diese unregelmäßigen Schwankung«· η des Pegelstandes der Schaumschicht, die keine Änderung der Lage der Niveaugrenzfläche anzeigen, zu unterdrücken, werden die Stromänderungen, die auf die turbulente Oberfläche des Schaums zurückzuführen sind, zeitlich gemittelt, wodurch sich eine sehr exakte Anzeige des für die Überwachung des Prozesses erforderlichen, mittleren Pegelstandes ergibt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Systems zur Steuerung des Schaumpegels auf einer Flüssigkeitsoberfläche, und

Fig. 2 ein detailliertes Schaltbild siner Einrichtung zur Überwachung der Lage einer Niveaugrenzfläche nach der vorliegenden Erfindung, die bei der Überwachung des Schaumpegels eingesetzt wird.

In Fig. 1 ist ein schevnatisches System dargestellt, mit dem der Schaumpegel in einer Zelle 10 gesteuert werden kar«n. Dieses System weist mehrere Elektroden 12 auf, die nacheinander mit der Oberseite des Schaums 14 in Kontakt kommen können, wenn der Schaumpegel ansteigt; mit den Elektroden 12 ist eine Einrichtung 16 zur Überwachung des Schaumpegels verbunden; an den Ausgang der Einrichtung 16 ist eine Schaumregeleinrichtung 18 angeschlossen, die eine Vorrichtung 20 für die Ausgabe des Schäummittels regelt; die Vorrichtung 20 stellt die Menge des Schäummittels ein, die der Flotationszelle 10 über die Leitung 21 zugesetzt wird.

Die Einrichtung 16 zur Überwachung des Schaumpegels ist in Fig. 2 dargestellt. Eine Konstantstromquellc 20 ist durch einen elektronischen Schalter 22 mit jeder Elektrode 12 verbunden. Die Ausgänge aller Konstantstromquellen 10 sind an einen Summier-Strom/Spannungs-Wanciler 24 angeschlossen, dessen

Ausgang mit einem geeigneten Anzeigegerät 26 und mit der Schaumregeleinrichtung 18 (s. Fig. 1) verbunden ist.

Der elektronische Schalter 22 besteht aus einem Operationsverstärker OPl, der durch eine Quelle für -I-15 Volt und eine Quellt! für - 15 Volt gespeist wird. Der positive oder nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers ist geerdet, während seiner negativer oder invertierender Eingang mit einer Elektrode 12 verbunden ist. Ein aus Widerständen Rl und R2 bestehender Spannungsteiler ist so an die + 15 Volt bzw. — 15 Volt liefernden Quellen angeschaltet, daß an die Gegenelektrode der Elektrode 12 (üblicherweise die längste Elektrode) eine Spannung von ungefähr 10 Volt angelegt wird. Entgegengesetzt geschaltete Dioden Dl und Ό1 liegen zwischen dem positiven und dem negativen Anschluß des Operationsverstärkers OPl, um als üblicher Schutz für den Operationsverstärker zu dienen.

Der Ope/ationsverstärker OPl ist durch ein Vorspannetzwerk 28 negativ vorgesp,".;nt; dieses Vorspannetzwerk 28 besteht aus einer Dio Je Di, die in Reihe mit einem Widerstand R3 zwischen der Quelle für - 15 Volt und Erde b:cw. Masse liegt. Das Vorspannetzwerk gibt dem negativen Eingang des Operationsverstärkers durch den Widerstand A4 ein etwas negatives Vorspannungspotential (etwa — 0,7 Volt), wenn sich die Elektrode nicht im Kontakt mit dem Schaum befindet. Diese Potential wird durch den Operationsverstärker in dem Verhältnis des Widerstandswertes eines Widerstandes R5, der in der Rückkopplungsschleife des Verstärkers liegt, zu dem Widerstandswert des Widerstandes A4 verstärkt, so daß sich ein Ausgangssignal von ungefähr + 1,4 Volt ergibt, wenn die Elektrode nicht im Kontakt mit dem Schaum ist.

Wenn jedoch der Schaum die Elektrode berührt, wird eine etwas positives Potential (ungefähr 0,7 Volt) an den negativen Anschluß; des Operationsverstärkers angelegt; dieses Potential wird in dem Verhältnis des Widerstandswertes des Widerstandes RS zu der Summe der Widerstandswerte der Elektrode und des Schaums selbst verstärkt. Dieses Verhältnis ist relativ hoch, da der Widerstandswert der Elektrode und des Schaums gering ist. Dadurch wird der Operationsverstärker OPl vollständig gesättigt, um ein Ausgangssignal von etwas weniger als — 15 Volt zu liefern. Ein an den Widerstand RS genchalteter Kondensator Cl dient in üblicher Weise als Hochfrequenzfilter. Durch die Verwendung des elektronischen Schalters 22, der die Konstantstromquelle und die Elektrode verbindet, wird die Einrichtung zur Überwachung der Lage der Niveaugrenzfläche im wesentlichen unempfindlich gegenüber der Leitfähigkeit des Schaums, wenn der Operationsverstärker ein Ausgangssignal liefert, das in einer sehr kurzen Zeitspanne von Nu/! auf volle Sättigung geht, und zwar ohne jede Beeinflussung durch die Größe des angelegten Eingangssignals.

Die Konstantstromquelle 20 besteht im wesentlichen aus einem Feldeffekttransistor FET, einer Diode D4_t einem Festwiderstand Ä6 und einem variablen Widerstand Rl. Die Steuerelektrode des Feldeffekttransistors FET wird durch den Spannungsabfall an dem Festwiderstand /?6 und dem variablen Widerstand Rl vorgespannt, so daß sich ein Konstantstrom-Ausgangssignal ergibt, sobald der StromfluU durch die Diode D4 beginnt, wenn das Ausgangssignal des Operationsverstärkers OfI einen negativen

Wert annimmt.

Der Summier-Strom/Spannungs-Wandler, der die Summierung und zeitliche Mittelung durchführt, besteht aus einem Operationsverstärker OPl, der mit den Quellen für die + 15 Volt und - 15 Volt verbunden ist. Der positive Eingang des Operationsverstärkers OPl ist geerdet, während sein negativer Eingang mit allen Konstantstromquellen verbunden ist, um alle Ströme als Anzeige für die Gesamtzahl der Elektroden, die sich in Kontakt mit dem Schaum befinden, zu summieren. Der Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers wird durch einen Widerstand R8 gesteuert und so ausgewählt, daß sich der volle Ausschlag des Meßgerätes 26 ergibt, wenn sich alle Elektroden im Kontakt mit dem Schaum befinden. Der Ausgang des Operationsverstärkers OPl ist auch durch den Ausgangswiderstand /?9 mit der oben erwähnten Schaumregeleinrichtung 18 verbunden.

Ein die Bildung des zeitlichen Mittelwertes durchführender Kondensator C2 ist an den Widerstand /?8 angeschlossen. Die turbulente Oberfläche des Schaums verursacht kurzzeitige Änderungen in dem Eingangssignal des Operationsverstärkers OPl. Diese Änderungen haben die Form einer Folge von Stufen. Diese kurzzeitigen Änderungen müssen ausgefiltert werden, damit die tatsächliche Wirkung des Zusatzes des Schäummittels gemessen werden kann. Deshalb wird der an den Widerstand Ä18 angeschlossene Kondensator Cl kontinuierlich aufgeladen und entladen und bewirkt damit, daß der Operationsverstärker ein Ausgangssignal liefert, das diese kurzzeitigen Änderungen zeitlich ausmittelt. Eine solche Stremmittelung ist sehr gut für die Bedingungen geeignet, die in einer typischen Flotationszelle auftreten. Bei Untersuchungen ist festgestellt worden, daß die turbulente Oberfläche des Schaums eine feinere bzw. genauere Auflösung des mittleren Pegels ermöglicht, weil sowohl der zeitliche Mittelwert als auch der Mittelwert des Pegels gebildet werden. Eine Steuergenauigkeit von + f>,.15 mm kann erreicht werden, wenn sich die Längen der Elektroden jeweils um 19,05 mm unterscheiden.

In Abhängigkeit von den ausgewählten Unterschieden zwischen den Längen der Elektroden kann das Ausgangssignal des Summier-Strom/Spannungs-Wandlers (24) zu einer linearen oder nicht-linearen Funktion des mittleren Schaumpegeis gemachi werden. Darüber hinaus können die Elektroden in jeder beliebigen Reihenfolge geschaltet werden, wenn eine lineare Beziehung zwischen dem Schaumpegel und der Signalausgangsspannung gewählt wird.

Zweckmäßigerweise wird der Regelbereich des Steuersystems für den Schaumpegel auf die Zeitkonstante der verschiedenen Flotationskreisläufe eingestellt. Dabei läßt sich der Soll-Wert des Regelsystems von Kand oder durch einen Prozeßrechner verstellen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Überwachung der Lage einer Niveaugrenzfläche einer in einem Behälter enthaltenen, leitenden Flüssigkeit mit mehreren, elektrisch leitenden Elektroden, die in vertikaler Richtung unterschiedlich tief in den Behälter hineinragen und mit der Flüssigkeit in Kontakt bringbar sind, sobald der Pegelstand der Flüssigkeit ansteigt, mit einer Energiequelle für die Elektroden und mit einer Anzeigeeinrichtung für den Pegelstand, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale:

a) Für jede Elektrode (12) ist eine getrennte. Konstantstromquelle (20) zur Erzeugung eines konstanten Stroms vorgesehen, sobald die zugehörige Elektrode (12) Kontaktberührung mit dem auf der Oberfläche der Flüssigkeit befindlichen Schaum aufweist;

b) an die Ausgänge aiier KonsiantstromqueHen (20) ist ein Sumier-Strcm/Spannungs-Wandler (24) zur Aufsummierung aller Ströme als Anzeige für die Gesamtzahl der Elektroden (12) angeschlossen;

c) eine Anordnung zur Bildung des zeitlichen Mittelwertes (OP₂, C₂) der Stromänderungen als Anzeige für den mittleren Pegelstand des Schaums ist an ein Meßgerät (26) angeschlossen.

2. Einrichcjng nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Summier-Strom/Spannungs-Wandler einen Operationsverstia-ker 'OP₂) mit einem mit dem Ausgang aller Konstantstromquellen (20) verbundenen Eingang enthält;

b) die Anordnung zur Bildung des zeitlichen Mittelwertes der Stromänderungen einen Kondensator (C₂) mit vorher bestimmtem Wert aufweist, der in der Rückkopplungsschleife des Operationsverstärkers (OP₂) Hegt.

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche I oder 2, gekennzeichnet durch einen elektronischen Schalter (22), der jede Konstantstromquelle (20) mit den zugehörigen Elektroden (12) verbindet, der einen Operationsverstärker (OP₁) enthält, der ein vorher bestimmtes negatives Signal, wenn sich seine zugehörige Elektrode (12) im Kontakt mit dem Schaum befindet und ein vorher bestimmtes positives Potential erzeugt, wenn seinc zugehörige Elektrode (12) den Schaum nicht berührt.